本發(fā)明涉及永磁電機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種匝間短路電流自動(dòng)抑制的永磁容錯(cuò)電機(jī)及其定子拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
1、高速永磁電機(jī)無(wú)需借助復(fù)雜、維護(hù)困難的變速裝置，可直接與高速負(fù)載相連，具有高功率密度、高效率、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，受到航空飛行器領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。然而，永磁體的存在使電機(jī)發(fā)生匝間短路故障時(shí)很難“滅磁”，通常會(huì)在故障回路中產(chǎn)生很大的環(huán)流，導(dǎo)致線圈燒毀、永磁體不可逆退磁等問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，常規(guī)電機(jī)80％的繞組故障是由匝間短路引起的，而航空飛行器電機(jī)運(yùn)行在高溫、高頻、高壓等惡劣條件下，局部放電問(wèn)題頻發(fā)，導(dǎo)致絕緣材料更易失效，因此其匝間短路問(wèn)題更為突出。
2、目前在抑制匝間短路電流方面主要依賴于電機(jī)高阻抗設(shè)計(jì)。定子閉口槽或磁性槽楔結(jié)構(gòu)可以顯著提高電機(jī)槽口漏磁，進(jìn)而增加電機(jī)的電感，實(shí)現(xiàn)短路電流的有效抑制，在商業(yè)電機(jī)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，該方法不僅導(dǎo)致電機(jī)漏磁增加，降低電機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩；而且其漏抗成分會(huì)嚴(yán)重影響電機(jī)的功率因數(shù)，進(jìn)一步加劇轉(zhuǎn)矩密度方面的劣勢(shì)。此外，在定子齒部交替添加磁障結(jié)構(gòu)，改變磁場(chǎng)的空間分布，增加電機(jī)的電感，也常被用于降低電機(jī)的短路電流。但是，該方法僅適用于單層繞組永磁電機(jī)，而且定子磁障的引入容易導(dǎo)致定子齒部磁路飽和，同樣會(huì)導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出能力下降?；诙ㄗ育X偏移技術(shù)優(yōu)化繞組空間分布，減少線圈數(shù)量、增加線圈匝數(shù)，也是電機(jī)低短路電流設(shè)計(jì)的常用手段。然而，該方法也是通過(guò)提高電機(jī)阻抗實(shí)現(xiàn)短路電流抑制，延續(xù)了高阻抗設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)思路，不可避免地犧牲電機(jī)功率因數(shù)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩密度下降?？梢?，現(xiàn)有基于高阻抗設(shè)計(jì)的短路電流抑制方法難以兼顧電機(jī)高轉(zhuǎn)矩密度的應(yīng)用需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種匝間短路電流自動(dòng)抑制的永磁容錯(cuò)電機(jī)及其定子拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法。
2、本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
3、一種匝間短路電流自動(dòng)抑制的永磁容錯(cuò)電機(jī)的定子拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法：
4、確定永磁電機(jī)的定/轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和槽極配比；
5、確定永磁電機(jī)各相繞組的空間矢量分布，由空間矢量分布確定繞組連接的次序；
6、根據(jù)永磁電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)磁通路徑分布特點(diǎn)，確定電機(jī)在正常運(yùn)行和匝間短路故障下磁通路徑可變區(qū)域，在所述磁通可變區(qū)域設(shè)置短路橋；
7、引入短路橋后，確定相應(yīng)的定子齒尺寸和位置，并在定子氣隙側(cè)設(shè)置分裂齒。
8、進(jìn)一步地，所述永磁電機(jī)的定/轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括定子和轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子之間存在氣隙；所述定子包括定子鐵心和電樞繞組，電樞繞組繞在定子鐵心上，所述定子鐵心包括短路橋和分裂齒；所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心和永磁體，所述永磁體貼在轉(zhuǎn)子鐵心表面。
9、進(jìn)一步地，所述電樞繞組采用雙層繞組結(jié)構(gòu)。
10、進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)子是表貼式、內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中的一種。
11、進(jìn)一步地，所述繞組連接的次序，具體為：a相繞組的連接次序?yàn)椋簊1→s2→s2→s3→s7→s8→s8→s9，b相繞組的連接次序?yàn)椋簊3→s4→s4→s5→s9→s10→s10→s11，c相繞組的連接次序?yàn)椋簊5→s6→s6→s7→s11→s12→s12→s1；其中，s1，s2……s12代表永磁電機(jī)的12個(gè)槽，永磁電機(jī)的12個(gè)槽按順序逆時(shí)針依次排列。
12、一種匝間短路電流自動(dòng)抑制的永磁容錯(cuò)電機(jī)，所述永磁電機(jī)采用12槽/16極的表貼式永磁同步電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子之間存在氣隙；所述定子包括定子軛、六個(gè)h型結(jié)構(gòu)單元和電樞繞組，電樞繞組繞在定子齒上，六個(gè)h型結(jié)構(gòu)單元均勻分布在定子軛的內(nèi)圈，h型結(jié)構(gòu)單元包括從外向內(nèi)設(shè)置的定子齒、短路橋、過(guò)渡區(qū)域和分裂齒；所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心和永磁體，所述永磁體貼在轉(zhuǎn)子鐵心表面。
13、上述技術(shù)方案中，所述短路橋設(shè)在電樞繞組線圈屬于同一相的電機(jī)槽口處。
14、上述技術(shù)方案中，所述短路橋呈倒梯形狀，其厚度為2.4mm、上底寬度為10mm、下底寬度為6mm，且下底距離定子內(nèi)徑3.8mm。
15、上述技術(shù)方案中，所述分裂齒關(guān)于h型結(jié)構(gòu)單元中心線軸對(duì)稱分布，且兩分裂齒間隔的角度為28°，各分裂齒的極弧角度為12°。
16、上述技術(shù)方案中，所述定子齒關(guān)于h型結(jié)構(gòu)單元中心線軸對(duì)稱分布，定子齒的寬度為3.0mm，定子齒與h型結(jié)構(gòu)單元中軸線的夾角為24°。
17、本發(fā)明具有以下有益效果：
18、(1)本發(fā)明所述定子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，電機(jī)采用分?jǐn)?shù)槽集中繞組結(jié)構(gòu)，且各相繞組模塊化分布，保證了高相間獨(dú)立性的優(yōu)勢(shì)；另外，所述定子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法加工工藝簡(jiǎn)單，且適用于任意轉(zhuǎn)子類型，具有較好的穩(wěn)健性與推廣性。
19、(2)本發(fā)明所述定子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，短路橋結(jié)構(gòu)并無(wú)磁通經(jīng)過(guò)，電機(jī)阻抗較?。欢l(fā)生短路故障后，短路橋?yàn)楣收舷嗵峁┲鞔磐窂剑姍C(jī)阻抗自動(dòng)由低轉(zhuǎn)高，電機(jī)具有優(yōu)異的短路電流自抑制能力。
20、(3)本發(fā)明所述定子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，通過(guò)引入定子分裂齒結(jié)構(gòu)，為永磁容錯(cuò)電機(jī)提供諧波調(diào)制路徑，不僅顯著降低電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩，而且有效提高電機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩。
1.一種匝間短路電流自動(dòng)抑制的永磁容錯(cuò)電機(jī)的定子拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法，其特征在于：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述永磁電機(jī)的定/轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括定子和轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子之間存在氣隙；所述定子包括定子鐵心和電樞繞組，電樞繞組繞在定子鐵心上，所述定子鐵心包括短路橋和分裂齒；所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心和永磁體，所述永磁體貼在轉(zhuǎn)子鐵心表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述電樞繞組采用雙層繞組結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子是表貼式、內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述繞組連接的次序，具體為：a相繞組的連接次序?yàn)椋簊1→s2→s2→s3→s7→s8→s8→s9，b相繞組的連接次序?yàn)椋簊3→s4→s4→s5→s9→s10→s10→s11，c相繞組的連接次序?yàn)椋簊5→s6→s6→s7→s11→s12→s12→s1；其中，s1，s2……s12代表永磁電機(jī)的12個(gè)槽，永磁電機(jī)的12個(gè)槽按順序逆時(shí)針依次排列。
6.一種匝間短路電流自動(dòng)抑制的永磁容錯(cuò)電機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的定子拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述永磁電機(jī)采用12槽/16極的表貼式永磁同步電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子之間存在氣隙；所述定子包括定子軛、六個(gè)h型結(jié)構(gòu)單元和電樞繞組，電樞繞組繞在定子齒上，六個(gè)h型結(jié)構(gòu)單元均勻分布在定子軛的內(nèi)圈，h型結(jié)構(gòu)單元包括從外向內(nèi)設(shè)置的定子齒、短路橋、過(guò)渡區(qū)域和分裂齒；所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心和永磁體，所述永磁體貼在轉(zhuǎn)子鐵心表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的匝間短路電流自動(dòng)抑制的永磁容錯(cuò)電機(jī)，其特征在于，所述短路橋設(shè)在電樞繞組線圈屬于同一相的電機(jī)槽口處。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的匝間短路電流自動(dòng)抑制的永磁容錯(cuò)電機(jī)，其特征在于，所述短路橋呈倒梯形狀，其厚度為2.4mm、上底寬度為10mm、下底寬度為6mm，且下底距離定子內(nèi)徑3.8mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的匝間短路電流自動(dòng)抑制的永磁容錯(cuò)電機(jī)，其特征在于，所述分裂齒關(guān)于h型結(jié)構(gòu)單元中心線軸對(duì)稱分布，且兩分裂齒間隔的角度為28°，各分裂齒的極弧角度為12°。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的匝間短路電流自動(dòng)抑制的永磁容錯(cuò)電機(jī)，其特征在于，所述定子齒關(guān)于h型結(jié)構(gòu)單元中心線軸對(duì)稱分布，定子齒的寬度為3.0mm，定子齒與h型結(jié)構(gòu)單元中軸線的夾角為24°。